JP6403848B2 - Sliding parts - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、メカニカルシール、軸受、その他、摺動部に適した摺動部品に関する。特に、摺動面に流体を介在させて摩擦を低減させるとともに、摺動面から流体が漏洩するのを防止する必要のある密封環または軸受などの摺動部品に関する。 The present invention relates to a sliding part suitable for a sliding part, for example, a mechanical seal, a bearing, and the like. In particular, the present invention relates to a sliding component such as a seal ring or a bearing that requires a fluid to be interposed in the sliding surface to reduce friction and prevent fluid from leaking from the sliding surface.
摺動部品の一例である、メカニカルシールにおいて、その性能は、漏れ量、摩耗量、及びトルクによって評価される。従来技術ではメカニカルシールの摺動材質や摺動面粗さを最適化することにより性能を高め、低漏れ、高寿命、低トルクを実現している。しかし、近年の環境問題に対する意識の高まりから、メカニカルシールの更なる性能向上が求められており、従来技術の枠を超える技術開発が必要となっている。メカニカルシールに関する従来技術としては、図15に示すように、相対摺動する一対の摺動環の間において動圧を得るために、一方の摺動環50の摺動面51にグルーブ(溝)52を設けることが行われている(例えば、特許文献1参照。)。
In a mechanical seal, which is an example of a sliding component, its performance is evaluated by a leakage amount, a wear amount, and a torque. In the prior art, the performance is improved by optimizing the sliding material and sliding surface roughness of the mechanical seal, and low leakage, long life, and low torque are realized. However, due to the recent increase in awareness of environmental problems, further improvement in the performance of mechanical seals is required, and technical development that exceeds the framework of conventional techniques is required. As a conventional technique related to a mechanical seal, as shown in FIG. 15, a groove (groove) is formed on a sliding
上記従来技術におけるグルーブ(溝)52は、高圧流体側(被密封流体側)に連通され、低圧流体側とはランド部Rにより非連通とされ、各グルーブ(溝)52は周方向においてランド部Rにより隔離されている。このように、グルーブ(溝)52は袋小路の構造をしているため、各グルーブ(溝)52内に進入した流体の循環が乏しく、流体中に不純物が混入している場合、袋小路の下流端部53に不純物の堆積54が起こり、ひいては、堆積物が摺動面51上を周回し、摺動面51の損傷を起こす原因となったり、堆積の進行で一対の摺動環の摺動面間が押し広げられ、被密封流体の漏れの原因となるという問題があった。
The groove (groove) 52 in the prior art is communicated with the high-pressure fluid side (sealed fluid side), is not communicated with the low-pressure fluid side by the land portion R, and each groove (groove) 52 is a land portion in the circumferential direction. Isolated by R. In this way, since the groove (groove) 52 has a structure of a narrow path, when the circulation of the fluid that has entered the groove (groove) 52 is poor and impurities are mixed in the fluid, the downstream end of the narrow
本発明は、摺動面に形成された動圧発生用の溝(以下、「動圧発生溝」という。)に進入した流体の循環を図ることにより、流体に含まれる不純物による摺動面の損傷を防止すると共に、一対の摺動環の摺動面間が不純物の堆積により押し広げられることを防止し、寿命及びシール機能を向上させた摺動部品を提供することを目的とするものである。 In the present invention, by circulating the fluid that has entered the dynamic pressure generating groove (hereinafter referred to as “dynamic pressure generating groove”) formed on the sliding surface, the sliding surface due to impurities contained in the fluid is circulated. An object of the present invention is to provide a sliding component that prevents damage and prevents the space between the sliding surfaces of a pair of sliding rings from being expanded due to accumulation of impurities, and has an improved service life and sealing function. is there.
〔原理〕
本発明は、高圧流体側に面する動圧発生用のランド部及び低圧流体側に面する密封面を除く部分を一段低く形成し、この低い面を流体連通路として構成することにより、動圧発生用の溝の行き止まりを無くし、流体の循環を図り、流体に含まれる不純物による摺動面の損傷を防止すると共に、一対の摺動環の摺動面間が不純物の堆積により押し広げられることを防止することにある。
〔principle〕
In the present invention, the dynamic pressure generating land is formed lower than the land portion for generating dynamic pressure facing the high pressure fluid side and the portion excluding the sealing surface facing the low pressure fluid side, and this low surface is configured as a fluid communication path. The dead end of the generating groove is eliminated, the fluid is circulated, the sliding surface is prevented from being damaged by impurities contained in the fluid, and the space between the sliding surfaces of the pair of sliding rings is expanded by the accumulation of impurities. Is to prevent.
〔手段〕
上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第1に、一対の摺動部品の摺動面の相対摺動により動圧を発生する機構が設けられた摺動部品において、一方側の摺動面には、高圧流体側に面して動圧発生用のランド部及び低圧流体側に面して密封面が設けられ、前記ランド部と前記密封面とは径方向に離間されて配設され、前記摺動面の前記ランド部及び前記密封面を除く部分はこれらの面より低く形成されて流体連通路として構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、高圧流体側から径方向の流体連通路に進入した流体は、ランド部の動圧発生作用により昇圧され、正圧を発生するので、摺動面の間隔が広げられ、摺動面の潤滑性を向上する。その際、流体に含まれる不純物は、流体連通路を周回し、最終的には遠心力で高圧流体側に排出されるため、摺動面を損傷することがないので摺動部品の寿命を著しく向上させることができる。また、不純物が摺動面に堆積して摺動面の間隔を広げることもないので、シール機能を向上させることができる。
〔means〕
In order to achieve the above object, the sliding component of the present invention is, firstly, in a sliding component provided with a mechanism for generating dynamic pressure by relative sliding of the sliding surfaces of a pair of sliding components. The sliding surface is provided with a dynamic pressure generating land portion facing the high-pressure fluid side and a sealing surface facing the low-pressure fluid side, and the land portion and the sealing surface are spaced apart in the radial direction. A portion of the sliding surface excluding the land portion and the sealing surface is formed lower than these surfaces and is configured as a fluid communication path.
According to this feature, the fluid that has entered the fluid communication path in the radial direction from the high-pressure fluid side is increased in pressure by the dynamic pressure generating action of the land portion and generates a positive pressure. Improve the lubricity of the moving surface. At that time, impurities contained in the fluid circulate in the fluid communication path and are finally discharged to the high-pressure fluid side by centrifugal force. Can be improved. Further, since the impurities do not accumulate on the sliding surface and increase the interval between the sliding surfaces, the sealing function can be improved.
また、本発明の摺動部品は、第2に、第1の特徴において、前記ランド部は、周方向に等配で複数設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、必要とされる動圧が周方向において均一に発生されるので摺動面全体の潤滑性が向上されると共に、流体に含まれる不純物の排出を確実に行うことができる。
The sliding component of the present invention is secondly characterized in that, in the first feature, a plurality of the land portions are provided at equal intervals in the circumferential direction.
According to this feature, the required dynamic pressure is uniformly generated in the circumferential direction, so that the lubricity of the entire sliding surface is improved, and impurities contained in the fluid can be reliably discharged.
また、本発明の摺動部品は、第3に、第1または第2の特徴において、前記ランド部の輪郭が略U字形をなし、かつ、略U字形の上方が高圧流体側に面するように配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、動圧発生部が径方向に長く存在するため、潤滑性が向上され、低摩擦となる。また、径方向の流体連通路と周方向の流体連通路とが円弧状に滑らかに連通されるため、流体に含まれる不純物は途中で停滞することなく排出され、不純物の堆積を防止できる。この結果、摺動面が損傷されることもないので、摺動面の腐食を防止できる。
Thirdly, in the sliding part of the present invention, in the first or second feature, the outline of the land portion has a substantially U shape, and the upper portion of the substantially U shape faces the high pressure fluid side. It is characterized by being arranged.
According to this feature, since the dynamic pressure generating portion is long in the radial direction, the lubricity is improved and the friction is reduced. Further, since the radial fluid communication path and the circumferential fluid communication path are smoothly communicated in an arc shape, the impurities contained in the fluid are discharged without stagnation in the middle, and the accumulation of impurities can be prevented. As a result, the sliding surface is not damaged, and corrosion of the sliding surface can be prevented.
また、本発明の摺動部品は、第4に、第1または第2の特徴において、前記ランド部の輪郭が四辺形をなし、かつ、四辺形の1つの角部が高圧流体側に面するように配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、流体連通路は、高圧流体側に面する入口部分が広く、この入口から低圧流体側に向かって、一端、狭ばめられた後、周方向の流体連通路に近づくにつれ、再度、広げられるので、流体に含まれる不純物を、より一層、排出することができる。
In the fourth aspect of the sliding component of the present invention, in the first or second feature, the land portion has a quadrilateral outline, and one corner of the quadrilateral faces the high-pressure fluid side. It is characterized by being arranged like this.
According to this feature, the fluid communication passage has a wide inlet portion facing the high-pressure fluid side, and after being narrowed at one end from the inlet toward the low-pressure fluid side, as the fluid communication passage approaches the fluid communication passage in the circumferential direction. Since it is spread again, impurities contained in the fluid can be further discharged.
また、本発明の摺動部品は、第5に、第1または第2の特徴において、前記ランド部の輪郭が円を径方向に複数配列された形状をなしていることを特徴としている。
この特徴によれば、スラスト軸受に適したシール構造を提供することができ、また、流体に含まれる不純物を効率よく高圧流体側に排出することができる。
In the fifth aspect, the sliding component of the present invention is characterized in that, in the first or second feature, the contour of the land portion has a shape in which a plurality of circles are arranged in the radial direction.
According to this feature, a seal structure suitable for a thrust bearing can be provided, and impurities contained in the fluid can be efficiently discharged to the high-pressure fluid side.
また、本発明の摺動部品は、第6に、第1ないし第5のいずれかの特徴において、前記流体連通路には、流体排出用のスパイラル溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、流体連通路に進入した流体は、流体排出用のスパイラル溝により高圧流体側へ付勢されるため、流体に含まれる不純物は遠心力とスパイラル溝による付勢力により、より一層、高圧流体側に排出される。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the sliding component according to any one of the first to fifth features, wherein the fluid communication path is provided with a spiral groove for discharging the fluid.
According to this feature, the fluid that has entered the fluid communication path is urged toward the high-pressure fluid side by the spiral groove for discharging the fluid, so that impurities contained in the fluid are further increased by the centrifugal force and the urging force by the spiral groove. And discharged to the high-pressure fluid side.
また、本発明の摺動部品は、第7に、第1ないし第6のいずれかの特徴において、前記低圧流体側に面して設けられる密封面の高圧流体側に、負圧発生機構が設けられることを特徴としている。
また、本発明の摺動部品は、第8に、第7の特徴において、前記負圧発生機構が逆レイリーステップ機構であることを特徴としている。
これらの特徴によれば、摺動面及び流体連通路から低圧流体側に漏洩しようとする流体は負圧発生機構に流入し、流体連通路を介して高圧流体側に排出されるので、流体の漏洩を、一層低減することができる。
Seventhly, in the sliding component of the present invention, in any one of the first to sixth features, a negative pressure generating mechanism is provided on the high pressure fluid side of the sealing surface provided facing the low pressure fluid side. It is characterized by being able to.
Eighth and seventh feature of the sliding component of the present invention is that the negative pressure generating mechanism is a reverse Rayleigh step mechanism.
According to these features, the fluid that leaks from the sliding surface and the fluid communication path to the low pressure fluid side flows into the negative pressure generating mechanism and is discharged to the high pressure fluid side through the fluid communication path. Leakage can be further reduced.
また、本発明の摺動部品は、第9に、第1ないし第6のいずれかの特徴において、前記低圧流体側に面して設けられる密封面の高圧流体側に、流体排出用のスパイラル溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、摺動面及び流体連通路から低圧流体側に漏洩しようとする流体はスパイラル溝により高圧流体側に排出されるので、流体の漏洩を、一層低減することができる。
Ninthly, in the sliding part of the present invention, in any one of the first to sixth features, a spiral groove for discharging fluid is formed on the high pressure fluid side of the sealing surface provided facing the low pressure fluid side. Is provided.
According to this feature, the fluid that is about to leak to the low-pressure fluid side from the sliding surface and the fluid communication path is discharged to the high-pressure fluid side by the spiral groove, so that fluid leakage can be further reduced.
また、本発明の摺動部品は、第10に、第1ないし第9のいずれかの特徴において、他方側の摺動面には、高圧流体側に連通すると共に、低圧流体側とは前記密封面により隔離された流体排出用のスパイラル溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、高圧流体側から低圧流体側に漏れようとする流体を一層低減できる。また、スパイラル溝は低圧流体側とは密封面により隔離されているので、静止時において流体が漏洩するのを防止できる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the sliding component according to any one of the first to ninth features, wherein the other sliding surface communicates with the high-pressure fluid side and the low-pressure fluid side seals the seal. A spiral groove for fluid discharge isolated by a surface is provided.
According to this feature, the fluid that leaks from the high-pressure fluid side to the low-pressure fluid side can be further reduced. Further, since the spiral groove is isolated from the low-pressure fluid side by a sealing surface, it is possible to prevent the fluid from leaking at rest.
また、本発明の摺動部品は、第11に、第1ないし第5のいずれかの特徴において、前記一方側の摺動面には、全周にわたって動圧発生の補助となるディンプルが設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、ディンプルは動圧補助溝として機能し、摺動面の流体潤滑遷移点の低速化を実現することができ、回転数の全域において低トルクを図ることができる。
Eleventhly, in the sliding part of the present invention, in any one of the first to fifth features, the one sliding surface is provided with dimples that assist in generating dynamic pressure over the entire circumference. It is characterized by that.
According to this feature, the dimple functions as a dynamic pressure assist groove, can achieve a low speed of the fluid lubrication transition point of the sliding surface, and can achieve a low torque in the entire rotation speed range.
また、本発明の摺動部品は、第12に、第1ないし第5のいずれかの特徴において、前記密封面には、周方向の少なくとも1個所において前記ランド部に接続される径方向の張出部が設けられ、前記密封面の前記低圧流体側から径方向に離間した位置にポンピング溝が設けられ、前記ポンピング溝は周方向に延び、その端部は前記張出部と前記ランド部との接続部近傍に位置されることを特徴としている。
この特徴によれば、回転数の大きい領域においてもトルクの増大を抑えることができる。
In addition, according to a twelfth aspect of the present invention, in the sliding component of any one of the first to fifth aspects, the sealing surface has a radial tension connected to the land portion in at least one circumferential direction. A protruding portion is provided, and a pumping groove is provided at a position radially spaced from the low-pressure fluid side of the sealing surface, the pumping groove extends in the circumferential direction, and an end portion of the protruding portion and the land portion It is characterized by being located in the vicinity of the connecting portion.
According to this feature, an increase in torque can be suppressed even in a region where the rotational speed is large.
また、本発明の摺動部品は、第13に、第1ないし第5のいずれかの特徴において、ランド部の径方向の長さが異なることを特徴としている。
この特徴によれば、漏れ量の低減及びトルクの低減を図ることができる。
The sliding component of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth features, the length of the land portion in the radial direction is different.
According to this feature, it is possible to reduce the leakage amount and the torque.
また、本発明の摺動部品は、第14に、第1ないし第13のいずれかの特徴において、前記一方側の摺動面には親水化処理が施されることを特徴としている。
この特徴によれば、摺動面の低トルク化を図ることができる。
The fourteenth aspect of the present invention provides a sliding component according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein the sliding surface on the one side is subjected to a hydrophilic treatment.
According to this feature, it is possible to reduce the torque of the sliding surface.
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
(1)高圧流体側から径方向の流体連通路に進入した流体は、ランド部の動圧発生作用により昇圧され、正圧を発生するので、摺動面の間隔が広げられ、摺動面の潤滑性を向上する。その際、流体に含まれる不純物は、流体連通路を周回し、最終的には遠心力で高圧流体側に排出されるため、摺動面を損傷することがないので摺動部品の寿命を著しく向上させることができる。また、不純物が摺動面に堆積して摺動面の間隔を広げることもないので、シール機能を向上させることができる。
The present invention has the following excellent effects.
(1) The fluid that has entered the radial fluid communication passage from the high-pressure fluid side is pressurized by the dynamic pressure generating action of the land portion and generates a positive pressure. Improve lubricity. At that time, impurities contained in the fluid circulate in the fluid communication path and are finally discharged to the high-pressure fluid side by centrifugal force. Can be improved. Further, since the impurities do not accumulate on the sliding surface and increase the interval between the sliding surfaces, the sealing function can be improved.
(2)ランド部は、周方向に等配で複数設けられることにより、必要とされる動圧が周方向において均一に発生されるので摺動面全体の潤滑性が向上されると共に、流体に含まれる不純物の排出を確実に行うことができる。 (2) By providing a plurality of land portions at equal intervals in the circumferential direction, the required dynamic pressure is uniformly generated in the circumferential direction, so that the lubricity of the entire sliding surface is improved and the fluid is The contained impurities can be reliably discharged.
(3)ランド部の輪郭が略U字形をなし、かつ、略U字形の上方が高圧流体側に面するように配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、動圧発生部が径方向に長く存在するため、潤滑性が向上され、低摩擦となる。また、径方向の流体連通路と周方向の流体連通路とが円弧状に滑らかに連通されるため、流体に含まれる不純物は途中で停滞することなく排出され、不純物の堆積を防止できる。この結果、摺動面が損傷されることもないので、摺動面の腐食を防止できる。
(4)ランド部の輪郭が四辺形をなし、かつ、四辺形の1つの角部が高圧流体側に面するように配設されることにより、流体連通路は、高圧流体側に面する入口部分が広く、この入口から低圧流体側に向かって、一端、狭ばめられた後、周方向の流体連通路に近づくにつれ、再度、広げられるので、流体に含まれる不純物を、より一層、排出することができる。
(5)ランド部の輪郭が円を径方向に複数配列された形状をなしていることにより、スラスト軸受に適したシール構造を提供することができ、また、流体に含まれる不純物を効率よく高圧流体側に排出することができる。
(3) The land portion has a substantially U-shaped outline, and is arranged so that the upper portion of the substantially U-shaped surface faces the high-pressure fluid side.
According to this feature, since the dynamic pressure generating portion is long in the radial direction, the lubricity is improved and the friction is reduced. Further, since the radial fluid communication path and the circumferential fluid communication path are smoothly communicated in an arc shape, the impurities contained in the fluid are discharged without stagnation in the middle, and the accumulation of impurities can be prevented. As a result, the sliding surface is not damaged, and corrosion of the sliding surface can be prevented.
(4) Since the land portion has a quadrilateral outline and one corner of the quadrilateral faces the high-pressure fluid side, the fluid communication path is an inlet facing the high-pressure fluid side. Since the part is wide and narrowed from the inlet toward the low pressure fluid side, it is expanded again as it approaches the fluid communication path in the circumferential direction, so that impurities contained in the fluid are further discharged. can do.
(5) Since the contour of the land portion has a shape in which a plurality of circles are arranged in the radial direction, a seal structure suitable for a thrust bearing can be provided, and impurities contained in the fluid can be efficiently high-pressured. It can be discharged to the fluid side.
(6)流体連通路には、流体排出用のスパイラル溝が設けられることにより、流体連通路に進入した流体は、流体排出用のスパイラル溝により高圧流体側へ付勢されるため、流体に含まれる不純物は遠心力とスパイラル溝による付勢力により、より一層、高圧流体側に排出される。 (6) Since the fluid communication path is provided with a spiral groove for fluid discharge, the fluid that has entered the fluid communication path is urged toward the high-pressure fluid side by the spiral groove for fluid discharge. Impurities are further discharged to the high-pressure fluid side by the centrifugal force and the urging force of the spiral groove.
(7)低圧流体側に面して設けられる密封面の高圧流体側に、負圧発生機構が設けられることにより、摺動面及び流体連通路から低圧流体側に漏洩しようとする流体は負圧発生機構に流入し、流体連通路を介して高圧流体側に排出されるので、流体の漏洩を、一層低減することができる。 (7) A negative pressure generating mechanism is provided on the high-pressure fluid side of the sealing surface that faces the low-pressure fluid side, so that the fluid that leaks from the sliding surface and the fluid communication path to the low-pressure fluid side is negative pressure. Since it flows into the generating mechanism and is discharged to the high-pressure fluid side through the fluid communication path, fluid leakage can be further reduced.
(8)低圧流体側に面して設けられる密封面の高圧流体側に、流体排出用のスパイラル溝が設けられることにより、摺動面及び流体連通路から低圧流体側に漏洩しようとする流体はスパイラル溝により高圧流体側に排出されるので、流体の漏洩を、一層低減することができる。 (8) By providing a spiral groove for fluid discharge on the high-pressure fluid side of the sealing surface provided facing the low-pressure fluid side, the fluid that is about to leak from the sliding surface and the fluid communication path to the low-pressure fluid side Since it is discharged to the high-pressure fluid side by the spiral groove, fluid leakage can be further reduced.
(9)他方側の摺動面には、高圧流体側に連通すると共に、低圧流体側とは前記密封面により隔離された流体排出用のスパイラル溝が設けられることにより、高圧流体側から低圧流体側に漏れようとする流体を一層低減できる。また、スパイラル溝は低圧流体側とは密封面により隔離されているので、静止時において流体が漏洩するのを防止できる。 (9) The other sliding surface communicates with the high-pressure fluid side, and is provided with a spiral groove for fluid discharge separated from the low-pressure fluid side by the sealing surface, so that the low-pressure fluid is separated from the high-pressure fluid side. The fluid that leaks to the side can be further reduced. Further, since the spiral groove is isolated from the low-pressure fluid side by a sealing surface, it is possible to prevent the fluid from leaking at rest.
(10)一方側の摺動面には、全周にわたって動圧発生の補助となるディンプルが設けられることにより、ディンプルは動圧補助溝として機能し、摺動面の流体潤滑遷移点の低速化を実現することができ、回転数の全域において低トルクを図ることができる。 (10) A dimple that assists the generation of dynamic pressure is provided on the sliding surface on one side, so that the dimple functions as a dynamic pressure auxiliary groove, and the fluid lubrication transition point of the sliding surface is reduced in speed. Can be realized, and a low torque can be achieved over the entire rotational speed.
(11)密封面には、周方向の少なくとも1個所において前記ランド部に接続される径方向の張出部が設けられ、密封面の低圧流体側から径方向に離間した位置にポンピング溝が設けられ、ポンピング溝は周方向に延び、その端部は張出部とランド部との接続部近傍に位置されることにより、回転数の大きい領域においてもトルクの増大を抑えることができる。 (11) The sealing surface is provided with a radial projecting portion connected to the land portion at at least one place in the circumferential direction, and a pumping groove is provided at a position spaced radially from the low-pressure fluid side of the sealing surface. In addition, the pumping groove extends in the circumferential direction, and the end thereof is positioned in the vicinity of the connecting portion between the projecting portion and the land portion, so that an increase in torque can be suppressed even in a region where the rotational speed is large.
(12)ランド部の径方向の長さが異なることにより、漏れ量の低減及びトルクの低減を図ることができる。 (12) Since the lengths of the land portions in the radial direction are different, it is possible to reduce the leakage amount and the torque.
(13)一方側の摺動面には親水化処理が施されることにより、摺動面の低トルク化を図ることができる。 (13) Since the sliding surface on one side is subjected to a hydrophilic treatment, the torque of the sliding surface can be reduced.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION With reference to drawings, the form for implementing this invention is demonstrated illustratively based on an Example below. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. .
図1及び図2を参照して、本発明の実施例1に係る摺動部品について説明する。
なお、本実施例においては、摺動部品の一例であるメカニカルシールを例にして説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を高圧流体側(被密封流体側)、内周側を低圧流体側(大気側)として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。
With reference to FIG.1 and FIG.2, the sliding component which concerns on Example 1 of this invention is demonstrated.
In this embodiment, a mechanical seal which is an example of a sliding part will be described as an example. Moreover, although the outer peripheral side of the sliding part which comprises a mechanical seal is demonstrated as a high pressure fluid side (sealed fluid side) and an inner peripheral side is a low pressure fluid side (atmosphere side), this invention is not limited to this The present invention can also be applied to the case where the high pressure fluid side and the low pressure fluid side are reversed.
図1は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ(図示省略)を駆動させる回転軸1側にスリーブ2を介してこの回転軸1と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状の回転環3と、ポンプのハウジング4に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状の固定環5とが設けられ、固定環5を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング6及びベローズ7によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされた摺動面S同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転環3と固定環5との互いの摺動面Sにおいて、被密封流体が回転軸1の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal, which is an inside type that seals a sealed fluid on a high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction. There is an annular ring which is one sliding component provided on the
図2は、本発明の実施例1に係る摺動部品の摺動面を示したもので、ここでは、図1の固定環5の摺動面にポンピング溝が形成された場合を例にして説明する。
なお、回転環3の摺動面にポンピング溝が形成される場合も同様である。
FIG. 2 shows a sliding surface of the sliding component according to the first embodiment of the present invention. In this example, a pumping groove is formed on the sliding surface of the
The same applies when a pumping groove is formed on the sliding surface of the rotary ring 3.
図2において、固定環5の摺動面の外周側が高圧流体側(被密封流体側)であり、また、内周側が低圧流体側、例えば大気側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとする。
固定環5の摺動面には、高圧流体側に面して動圧発生用のランド部10及び低圧流体側に面して密封面11が設けられている。密封面11は、摺動面の平滑部により構成され密封作用を行う部分である。ランド部10と密封面11とは径方向に離間されて配設される。また、摺動面のランド部10及び密封面11を除く部分はこれらの面より低く形成されており、この低い部分でもって流体連通路12が構成される。
In FIG. 2, the outer peripheral side of the sliding surface of the
The sliding surface of the
図2において、ランド部10は、周方向に等配に複数設けられ、各ランド部10は離間されて独立している。そして、隣接するランド部10と10との間には径方向の流体連通路12aが高圧流体側に面して複数形成される。また、ランド部10と密封面11との間には周方向の流体連通路12bが形成され、複数の径方向の流体連通路12aは周方向の流体連通路12bを介して連通される。各ランド部10の周方向の幅、径方向の流体連通路12a及び周方向の流体連通路12bの幅、並びに、これら流体連通路12a、12bの深さは、摺動面の相対速度や、被密封流体の粘度等に基づいて最適な値に設定される。一例を挙げると、各ランド部10の周方向の幅はミリメートルのオーダーであり、流体連通路12a、12bの幅はランド部10の周方向の幅と同等か小さい。各ランド部10の面は密封面11と略同じ高さである。また、径方向の流体連通路12a及び周方向の流体連通路12bは、密封面11から、例えば、10nm〜1μm低く設定される。流体連通路12bの深さが1μm以上では、高速回転時に高い動圧が発生し、摺動面の間隔が広げらされ過ぎるため、漏れの原因となるので、1μm以下が好ましい。
In FIG. 2, a plurality of
今、回転環3が回転し、回転環3と固定環5との摺動面Sが相対摺動すると、高圧流体側から径方向の流体連通路12aに進入した流体は、ランド部10の動圧発生作用により昇圧され、正圧を発生するので、回転環3と固定環5との摺動面Sの間隔が広げられ、摺動面Sの潤滑性が向上される。その際、流体に含まれる不純物は、周方向の流体連通路12bを周回し、最終的には遠心力で高圧流体側に排出されるため、摺動面を損傷することはない。また、不純物が摺動面に堆積して摺動面の間隔を広げることもないので、摺動部品の寿命を著しく向上させることができる。
Now, when the rotating ring 3 rotates and the sliding surface S between the rotating ring 3 and the
図2の場合、ランド部10の輪郭はU字形をしており、かつ、U字形の上方が高圧流体側に面するように配設されている。
このように、ランド部10の輪郭がU字形の場合、動圧発生部が径方向に長く存在するため、潤滑性が向上され、低摩擦となる。また、径方向の流体連通路12aと周方向の流体連通路12bとが円弧状に滑らかに連通されるため、流体に含まれる不純物は途中で停滞することなく排出され、不純物の堆積を防止できる。この結果、摺動面が損傷されることもないので、摺動面の腐食を防止できる。
In the case of FIG. 2, the outline of the
Thus, when the contour of the
図3を参照して、本発明の実施例2に係る摺動部品について説明する。
実施例2においては、ランド部の輪郭が実施例1と相違するが、基本的構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 3, the sliding component which concerns on Example 2 of this invention is demonstrated.
In the second embodiment, the outline of the land portion is different from that of the first embodiment. However, the basic configuration is the same as that of the first embodiment. The overlapping description is omitted.
図3において、ランド部15の輪郭は、U字の変形型をしている。すなわち、ランド部15の輪郭は、U字の上部は通常の形であるが、底部(低圧流体側に近い部分)が相手摺動面の摺動方向と反対方向を向くように、約15〜60°傾斜されている。このため、流体連通路16の径方向の流体連通路16aは上流側に向かって「くの字」に曲げられる。
In FIG. 3, the contour of the
径方向の流体連通路16aが上流側に向かう「くの字」であるため、高圧流体側から径方向の流体連通路16aに進入した流体による動圧の発生が、一層、向上される。そして、この場合でも、径方向の流体連通路16aと周方向の流体連通路16bとが円弧状に滑らかに連通されるため、流体に含まれる不純物は途中で停滞することなく排出される。
なお、本発明においては、U字形及びU字の変形型を含めて略U字形と呼ぶ。
Since the radial fluid communication path 16a has a “<” shape toward the upstream side, the generation of dynamic pressure by the fluid that has entered the radial fluid communication path 16a from the high-pressure fluid side is further improved. Even in this case, since the radial fluid communication passage 16a and the circumferential fluid communication passage 16b are smoothly communicated in an arc shape, impurities contained in the fluid are discharged without stagnation in the middle.
In addition, in this invention, it calls with a substantially U shape including the deformation | transformation type | mold of U shape and U shape.
図4を参照して、本発明の実施例3に係る摺動部品について説明する。
実施例3においては、ランド部の輪郭が実施例1と相違するが、基本的構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 4, the sliding component which concerns on Example 3 of this invention is demonstrated.
In the third embodiment, the outline of the land portion is different from that of the first embodiment, but the basic configuration is the same as that of the first embodiment. The overlapping description is omitted.
図4において、ランド部20の輪郭は四辺形をなし、かつ、四辺形の1つの角部20aが高圧流体側に面するように配設される。また、高圧流体側に面する角部20aの対角20bは低圧流体側を向いている。さらに、角部20aと対角20bを結ぶ対角線20cは、他の対角を結ぶ対角線よりも長く、低圧流体側から高圧流体側に向けて相手側摺動面の回転方向に傾斜されている。流体連通路21の径方向の流体連通路21aは、高圧流体側に面する入口部分が広く、この入口から低圧流体側に向かって、一端、狭ばめられた後、周方向の流体連通路21bに近づくにつれ、再度、広げられる。
In FIG. 4, the outline of the
実施例3の摺動部品においては、径方向の流体連通路21aが低圧流体側に向かって、一端、狭ばめられた後、周方向の流体連通路21bに近づくにつれ、再度、広げられるので、流体に含まれる不純物が周方向の流体連通路21bに流れやすく、より一層、不純物を排出することができる。
In the sliding part of the third embodiment, the radial
図5を参照して、本発明の実施例4に係る摺動部品について説明する。
実施例4においては、ランド部の輪郭が実施例1と相違するが、基本的構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 5, the sliding component which concerns on Example 4 of this invention is demonstrated.
In the fourth embodiment, the outline of the land portion is different from that of the first embodiment. However, the basic configuration is the same as that of the first embodiment. The overlapping description is omitted.
図5において、ランド部25の輪郭は円を径方向に複数配列した形状をしている。
高圧流体側の円25aは、摺動面の外周面の近くに配設される。また、低圧流体側の円25bは、密封面11との間に隙間を有するように配設される。
In FIG. 5, the outline of the land portion 25 has a shape in which a plurality of circles are arranged in the radial direction.
The
実施例4の摺動部品は、スラスト軸受に適したシール構造であり、径方向の流体連通路26aに進入した流体に含まれる不純物は周方向の流体連通路26bを介して周方向に周回し、遠心力で高圧流体側に排出される。
The sliding component of Example 4 has a seal structure suitable for a thrust bearing, and impurities contained in the fluid that has entered the radial
図6を参照して、本発明の実施例5に係る摺動部品について説明する。
実施例5においては、流体連通路には、流体排出用のスパイラル溝が付加的に設けられる点で実施例1と相違するが、その他の構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 6, the sliding component which concerns on Example 5 of this invention is demonstrated.
The fifth embodiment is different from the first embodiment in that the fluid communication passage is additionally provided with a spiral groove for discharging the fluid, but the other configuration is the same as the first embodiment. The same reference numerals are assigned to the same members as those in the first embodiment, and duplicate descriptions are omitted.
図6において、流体連通路12には流体排出用のスパイラル溝13が設けられる。このスパイラル溝13は、流体連通路12の面にスパイラル状の溝を設けることにより形成されるもので、図6では、スパイラル溝13は低圧流体側(内周側)から高圧流体側(外周側)に向かって相手摺動面の回転方向に傾斜している。
In FIG. 6, the
実施例5の摺動部品においては、流体連通路12に流体排出用のスパイラル溝13が設けられているので、流体連通路12の径方向の流体連通路12aから周方向の流体連通路12bに進入した流体は、流体排出用のスパイラル溝13により高圧流体側へ付勢される。このため、流体に含まれる不純物は遠心力とスパイラル溝13による付勢力により、より一層、高圧流体側に排出されやすくなる。
In the sliding component according to the fifth embodiment, the
図7を参照して、本発明の実施例6に係る摺動部品について説明する。
実施例6においては、密封面の高圧流体側に負圧発生機構または流体排出用のスパイラル溝が設けられる点で実施例1と相違するが、その他の構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 7, the sliding component which concerns on Example 6 of this invention is demonstrated.
The sixth embodiment is different from the first embodiment in that a negative pressure generating mechanism or a spiral groove for fluid discharge is provided on the high-pressure fluid side of the sealing surface, but the other configuration is the same as the first embodiment. The same members as those in Example 1 are denoted by the same reference numerals as those in Example 1, and a duplicate description is omitted.
図7(a)において、低圧流体側に設けられる密封面11の高圧流体側に負圧発生機構30が設けられている。図7の場合、負圧発生機構30は逆レイリーステップ機構から構成される。この逆レイリーステップ機構は、密封面11に形成されたグルーブ(溝)30aとグルーブ(溝)30aの上流側の逆レイリーステップ30bと備え、グルーブ(溝)30aの下流側は周方向の流体連通路12bに連通されている。グルーブ(溝)30aの深さは、周方向の流体連通路12bの深さと同じか、やや浅く形成されるのが望ましい。逆レイリーステップ機構30は周方向に等配に複数設けられる。
In FIG. 7A, a negative
実施例6の摺動部品においては、低圧流体側に設けられる密封面11の高圧流体側に負圧発生機構30が設けられているので、摺動面及び流体連通路12から低圧流体側に漏洩しようとする流体は負圧発生機構30に流入し、流体連通路12を介して高圧流体側に排出されるので、流体の漏洩を低減できる。
In the sliding component of the sixth embodiment, since the negative
図7(a)では、低圧流体側に設けられる密封面11の高圧流体側に負圧発生機構30が設けられる場合について示しているが、図7(b)に示すように、負圧発生機構に代えて、流体排出用のスパイラル溝13を設けてもよい。
FIG. 7A shows a case where the negative
図8を参照して、本発明の実施例7に係る摺動部品について説明する。
実施例7においては、他方側の摺動面に流体排出用のスパイラル溝が設けられる点で実施例1と相違するが、一方側の摺動面の構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 8, a sliding component according to
The seventh embodiment is different from the first embodiment in that a fluid discharge spiral groove is provided on the other sliding surface, but the configuration of the one sliding surface is the same as that of the first embodiment. The same members as those in Example 1 are denoted by the same reference numerals as those in Example 1, and a duplicate description is omitted.
図8において、図8(a)は固定環5の摺動面を、図8(b)は回転環3の摺動面を示している。
図8(b)に示すように、 回転環3の摺動面には、高圧流体側に連通すると共に、低圧流体側とは密封面11により隔離された流体排出用のスパイラル溝14が全面に設けられる。
8A shows a sliding surface of the
As shown in FIG. 8 (b), the sliding surface of the rotating ring 3 is in communication with the high pressure fluid side, and the
実施例7の摺動部品においては、他方側の摺動面である回転環3の摺動面に流体排出用のスパイラル溝が設けられているので、高圧流体側から低圧流体側に漏れようとする流体を一層低減できる。また、スパイラル溝14は低圧流体側とは密封面11により隔離されているので、静止時において流体が漏洩するのを防止できる。
In the sliding component of the seventh embodiment, the spiral groove for discharging the fluid is provided on the sliding surface of the rotary ring 3 which is the other sliding surface, so that it is likely to leak from the high pressure fluid side to the low pressure fluid side. Can be further reduced. Further, since the
図9を参照して、本発明の実施例8に係る摺動部品について説明する。
実施例8においては、一方側の摺動面には、全周にわたって動圧発生の補助となるディンプルが設けられる点で実施例1と相違するが、その他の構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 9, the sliding component which concerns on Example 8 of this invention is demonstrated.
The eighth embodiment is different from the first embodiment in that dimples for assisting the generation of dynamic pressure are provided on the entire sliding surface on one side, but the other configuration is the same as that of the first embodiment. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
図9(a)において、動圧発生用のU字形のランド部10、密封面11及び流体連通路12が設けられた一方側の摺動面である固定環5の摺動面には、全周にわたって動圧発生の補助となるディンプル30が設けられている。
ディンプル30は、例えば、気孔率(面積率)が約5%になる程度設けられるが、それ以上あるいは以下であってもよい。また、ディンプル30の深さは、例えば、100nm程度の極浅いものであるが、特段限定されるものではない。
なお、図9(a)では、ディンプル30が摺動面の全周にわたって全面に設けられているが、ランド部10及び密封面11より低い部分である流体連通路12(12a、12b)には必ずしも設けられる必要はない。
In FIG. 9 (a), the sliding surface of the
The
In FIG. 9A, the
動圧発生用のU字形等のランド部10の設けられた形状は、摺動面のうねりやダレといった現象により、摺動部品のトルク特性に影響を及ぼすものであり、特に、摺動面の半径方向の内周側から外周側にかけてのダレは、動圧効果を抑制してしまい、摺動面の流体潤滑遷移点が高速側になる。ところが、多数の極浅いディンプル30が摺動面の少なくともランド部10及び密封面11の全周にわたって設けられると、これらのディンプル30は動圧補助溝として機能し、摺動面の流体潤滑遷移点の低速化を図ることができる。
The shape of the
図9(b)は摺動面にディンプルを設けた実施例8の摺動部品とディンプルを設けない摺動部品とのトルク試験結果を示したものであり、回転数が0→1000→0rpmの試験において、摺動面にディンプルを設けた実施例8の摺動部品の場合、回転数のほぼ全域においてトルクが一定して低いのに比べ、ディンプルを設けない摺動部品の場合、回転数が0から600rpmを超える範囲までトルクが高いことがわかる。
すなわち、摺動面にディンプルを設けた実施例8の摺動部品においては、流体潤滑遷移点の低速化を実現することができ、回転数の全域において低トルク化を図ることができる。
FIG. 9B shows the torque test results of the sliding part of Example 8 in which dimples are provided on the sliding surface and the sliding part in which no dimples are provided, and the rotational speed is 0 → 1000 → 0 rpm. In the test, in the case of the sliding part of Example 8 in which dimples are provided on the sliding surface, the torque is constant in the case of the sliding part in which no dimple is provided, compared to the constant torque being low over almost the entire rotation speed. It can be seen that the torque is high from 0 to over 600 rpm.
That is, in the sliding component of Example 8 in which dimples are provided on the sliding surface, the fluid lubrication transition point can be reduced in speed, and the torque can be reduced over the entire rotation speed.
図10を参照して、本発明の実施例9に係る摺動部品について説明する。
実施例9においては、一方側の摺動面には、密封面の低圧流体側から径方向に離間した位置にポンピング溝が周方向に延びて設けられる点で実施例1と相違するが、その他の構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 10, the sliding component which concerns on Example 9 of this invention is demonstrated.
The ninth embodiment is different from the first embodiment in that a pumping groove extends in the circumferential direction at a position spaced radially from the low-pressure fluid side of the sealing surface on the sliding surface on one side. The configuration of is the same as that of the first embodiment, and the same members as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.
図10を参照すると、動圧発生用のU字形のランド部10、密封面11及び流体連通路12が設けられた一方側の摺動面である固定環5の摺動面において、密封面11は、周方向の4等配においてランド部10に接続される径方向の張出部11aを備え、密封面11の低圧流体側から径方向に離間した位置にポンピング溝32が4等配で設けられている。ポンピング溝32は周方向に延び、その両端部32a、32aは外径方向に曲折され、張出部11aとランド部10との接続部近傍に位置されている。
なお、 図10では、密封面11の張出部11a及びポンピング溝32は周方向に4等配で配設されているが、これに限定されることなく、少なくと1つあればよい。また、図10では、ポンピング溝32が左右対称形状であるため、摺動部品の両回転において使用できる。
Referring to FIG. 10, the sealing
In FIG. 10, the overhanging
図10(a)のA−A断面を示した図10(b)を参照すると、ポンピング溝32は、例えば、断面が略矩形状であり、溝深さは流体連通路12より浅く設定されている。
固定環5の摺動面が相手摺動面と相対摺動されると、ポンピング溝32内においてキャビテーションが発生され、このキャビテーションにより低圧流体側(内周側)の密封面11上の流体もポンピング溝32内に吸い込まれる。ポンピング溝32内に吸い込まれた流体は外周側で動圧を発生する。
このように、ポンピング溝32の形成により、低圧流体側へと漏れようとする流体は高圧流体側(外周側)に運ばれ、漏れ量が低減されると共に、キャビテーションによるせん断抵抗の減少からトルクの低減にもつながる。
なお、図10の例では、ポンピング溝32の溝深さは流体連通路12より浅く設定されているが、これに限らず、流体連通路12より深く設定されてもよい。
Referring to FIG. 10 (b) showing the AA cross section of FIG. 10 (a), the pumping
When the sliding surface of the fixed
Thus, the formation of the pumping
In the example of FIG. 10, the depth of the pumping
図11(a)は、摺動面にポンピング溝が設けられた実施例9に係る摺動部品とポンピング溝が設けられない摺動部品とのトルク試験結果を示したものであり、回転数が0→1000→0rpmの試験において、回転数のほぼ全域においてポンピング溝が設けられない摺動部品のトルクが大きくなっており、特に、回転数が約500回転以上の領域においてポンピング溝が設けられた実施例9に係る摺動部品のトルクと比べて大きいことが分かる。
すなわち、摺動面にポンピング溝が設けられた実施例9に係る摺動部品においては回転数が大きい領域においてもトルクの増大を抑えることができる。
FIG. 11 (a) shows the torque test results of the sliding component according to Example 9 in which the pumping groove is provided on the sliding surface and the sliding component in which the pumping groove is not provided. In the test of 0 → 1000 → 0 rpm, the torque of the sliding part in which the pumping groove is not provided in almost the entire rotation speed is large, and in particular, the pumping groove is provided in the region where the rotation speed is about 500 rotations or more. It turns out that it is large compared with the torque of the sliding component which concerns on Example 9. FIG.
That is, in the sliding component according to the ninth embodiment in which the pumping groove is provided on the sliding surface, it is possible to suppress an increase in torque even in a region where the rotation speed is large.
図11(b)は、摺動面にポンピング溝が設けられた実施例9に係る摺動部品とポンピング溝が設けられない摺動部品との漏れ確認試験結果を示したものであり、回転数が8000rpm、圧力が015MPaGの条件において、摺動面にポンピング溝が設けられていない摺動部品においては試験開始から漏れ量が増大していくのに対し、摺動面にポンピング溝が設けられた実施例9に係る摺動部品においては70時間経過しても漏れ量は3mlに過ぎない。
すなわち、摺動面にポンピング溝が設けられた実施例9に係る摺動部品においては時間が経過しても漏れ量は増大していないことがわかる。
FIG. 11 (b) shows the leakage confirmation test result between the sliding component according to Example 9 in which the pumping groove is provided on the sliding surface and the sliding component in which the pumping groove is not provided. Is 8000 rpm and the pressure is 015 MPaG, the amount of leakage increases from the start of the test in the sliding parts where the sliding groove is not provided with the pumping groove, whereas the sliding groove is provided with the pumping groove. In the sliding component according to Example 9, the leakage amount is only 3 ml even after 70 hours.
That is, in the sliding component according to Example 9 in which the pumping groove is provided on the sliding surface, it can be seen that the amount of leakage does not increase over time.
図12を参照して、本発明の実施例10に係る摺動部品について説明する。
実施例10においては、周方向に設けられる動圧発生用の複数のランド部の径方向の長さが異なる点で実施例1と相違するが、その他の構成は実施例1と同じであり、実施例1と同じ部材には実施例1の符号と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
With reference to FIG. 12, the sliding component which concerns on Example 10 of this invention is demonstrated.
Example 10 is different from Example 1 in that the radial lengths of the plurality of land portions for generating dynamic pressure provided in the circumferential direction are different, but the other configurations are the same as Example 1. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
図12を参照すると、周方向に設けられる動圧発生用の複数のU字形のランド部10において、径方向の長さが異なる複数のランド部10が周期的に等配に配列されている。
詳述すると、複数のランド部10は、径方向の長さが異なる5種類のランド部から構成され、例えば、径方向に一番長いランド部10−1を起点として相手摺動面の回転方向に沿って、径方向に一番短いランド部10−5まで徐々に短くなる順に整列され、次に、当該径方向に一番短いランド部10−5を起点として相手摺動面の回転方向に沿って、径方向に一番長いランド部10−1までが徐々に長くなる順に整列されるといった具合に、周方向に繰り返し設けられている。
図12の場合、複数のランド部10は径方向の長さが異なる5種類のランド部から構成されているが、5種類に限定されることなく、例えば、2種類以上であればよい。また、図12の場合、左右対称形状に構成されているので両回転で使用することができる。
Referring to FIG. 12, in a plurality of
More specifically, the plurality of
In the case of FIG. 12, the plurality of
固定環5の摺動面が相手摺動面と相対摺動されると、図12の拡大図にハッチングで示すように、径方向の長さが長いランド部の下流からキャビテーションが発生し、径方向の長さが短いランド部の内周部においてもキャビテーションが発生する。径方向の長さが異なるランド部10が周方向に配列された場合(以下、長短U字形という場合がある。)、径方向の長さが一定のランド部が周方向に同数配列された場合(以下、単一長さU字形という場合がある。)に比べて、キャビテーションの発生エリアが広範囲となり、漏れ量の低減及びトルクの低減を図ることができる。
When the sliding surface of the
図13(a)は、長短U字形である実施例10に係る摺動部品と単一長さU字形の摺動部品とのトルク試験結果を示したものであり、回転数が0→1000→0rpmの試験において、回転数のほぼ全域において単一長さU字形の摺動部品のトルクが大きくなっており、特に、回転数が約500回転以上の領域において長短U字形である実施例10に係る摺動部品のトルクと比べて大きいことが分かる。
すなわち、長短U字形である実施例10に係る摺動部品においては回転数が大きい領域においてもトルクの増大を抑えることができる。
FIG. 13A shows the torque test results of the sliding part according to Example 10 having a long and short U shape and the sliding part having a single length U shape, and the rotational speed is 0 → 1000 →. In the test of 0 rpm, the torque of the single-length U-shaped sliding component is large in almost the entire rotation speed, and in particular, in the
In other words, in the sliding component according to the tenth embodiment having a long and short U shape, an increase in torque can be suppressed even in a region where the rotational speed is large.
図13(b)は、長短U字形である実施例10に係る摺動部品と単一長さU字形の摺動部品との漏れ確認試験結果を示したものであり、回転数が8000rpm、圧力が015MPaGの条件において、単一長さU字形の摺動部品においては試験開始から漏れ量が増大していくのに対し、長短U字形である実施例10に係る摺動部品においては70時間経過しても漏れ量は3mlに過ぎない。
すなわち、長短U字形である実施例10に係る摺動部品においては時間が経過しても漏れ量は増大していないことがわかる。
FIG.13 (b) shows the leak confirmation test result of the sliding component based on Example 10 which is long and short U shape, and the sliding component of single length U shape, and the rotation speed is 8000 rpm and pressure In the condition of 015 MPaG, the leakage amount increases from the start of the test in the single-length U-shaped sliding part, whereas in the sliding part according to Example 10 which is the long and short U-shaped, 70 hours have passed. Even so, the amount of leakage is only 3 ml.
That is, it can be seen that the amount of leakage does not increase over time in the sliding component according to Example 10 having a long and short U shape.
図14を参照して、本発明の実施例11に係る摺動部品について説明する。
実施例11においては、摺動面に親水化処理が施される点で実施例1と相違するが、その他の構成は実施例1と同じである。
With reference to FIG. 14, a sliding component according to
Example 11 is different from Example 1 in that the sliding surface is subjected to a hydrophilization treatment, but the other configurations are the same as Example 1.
本出願の発明者の研究によれば、図2に示す実施例1の摺動部品を気孔などがない供試体で製作した場合、高温・高速の条件下では摺動面に液膜を保持することができずトルクが増大する傾向を示すが、摺動面を親水化させた供試体で製作した場合、高温・高速の条件下でも摺動面に液膜を保持することができ、流体潤滑性を示すことが判明した。 According to the research of the inventors of the present application, when the sliding part of Example 1 shown in FIG. 2 is manufactured with a specimen having no pores, a liquid film is held on the sliding surface under high temperature and high speed conditions. However, when manufactured using a specimen with a hydrophilized sliding surface, a liquid film can be retained on the sliding surface even under high temperature and high speed conditions. It was found to show sex.
摺動面の親水化の処理方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、摺動面にプラズマを照射する方法が挙げられる。また、プラズマ照射にもいくつかの種類があるが、例えば、酸素プラズマ照射が挙げられる。 The treatment method for hydrophilizing the sliding surface is not particularly limited, and examples thereof include a method of irradiating the sliding surface with plasma. In addition, there are several types of plasma irradiation, and examples include oxygen plasma irradiation.
図14(a)(b)は、実施例11に係る摺動部品のトルク試験結果を示したものである。
回転数が0→1000→0rpmの試験において、液温が60℃である場合の図14(a)を参照すると、摺動面に親水化処理が施されていない「未処理」においては、摺動面に親水化処理が施された「親水化」に比べて、回転数が6000rpm以上においてトルクが大きくなっている。
また、液温が120℃である場合の図14(b)を参照すると、摺動面に親水化処理が施されていない「未処理」においては、摺動面に親水化処理が施された「親水化」に比べて、回転数のほぼ全域においてトルクが大きくなっており、特に、回転数が約3000rpm以上においてトルクが増大している。
14A and 14B show the torque test results of the sliding component according to Example 11. FIG.
Referring to FIG. 14A when the liquid temperature is 60 ° C. in the test of the rotational speed of 0 → 1000 → 0 rpm, in the case of “untreated” where the sliding surface has not been subjected to hydrophilic treatment, Compared with “hydrophilization” in which the moving surface is hydrophilized, the torque is increased at a rotational speed of 6000 rpm or more.
Further, referring to FIG. 14B in the case where the liquid temperature is 120 ° C., in the case of “untreated” in which the sliding surface is not subjected to the hydrophilic treatment, the sliding surface is subjected to the hydrophilic treatment. Compared with “hydrophilization”, the torque is large in almost the entire rotational speed, and in particular, the torque is increased when the rotational speed is about 3000 rpm or more.
図14(c)は、フラットな摺動面に親水化処理を施した場合と施さない場合とのトルク試験結果の比較を示したものである。
図14(a)(b)に示すように、摺動面に実施例1のような動圧発生用のU字形のランド部10、密封面11及び流体連通路12が設けられたものを親水化した場合は低トルクの効果を示している。
しかしながら、実施例1のような摺動面に動圧発生用のU字形のランド部10などが設けられていないフラットな摺動面に親水化処理を施した場合、図14(c)に示すように、低トルクの効果は表れなかった。
以上の試験結果によれば、摺動面に実施例1のような動圧発生用のU字形のランド部10、密封面11及び流体連通路12が設けられたものを親水化した場合に特有の顕著な効果が奏されることがわかる。
FIG. 14 (c) shows a comparison of torque test results with and without a hydrophilic treatment on a flat sliding surface.
As shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b), a slide surface provided with a
However, when hydrophilization is applied to a flat sliding surface in which the
According to the above test results, it is peculiar to the case where the sliding surface provided with the
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and modifications and additions within the scope of the present invention are included in the present invention. It is.
例えば、前記実施例では、主に、摺動部品をメカニカルシール装置における一対の回転用密封環及び固定用密封環のいずれかに用いる例について説明したが、円筒状摺動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸と摺動する軸受の摺動部品として利用することも可能である。 For example, in the above-described embodiment, the example in which the sliding component is mainly used as one of the pair of rotation sealing rings and the fixing sealing ring in the mechanical seal device has been described, but one axial direction side of the cylindrical sliding surface It can also be used as a sliding part of a bearing that slides on a rotating shaft while sealing lubricating oil.
また、例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する、いわゆる、インサイド形について説明したが、内周側が高圧流体が存在する、いわゆる、アウトサイド形の場合にも適用できることはもちろんである。この場合、動圧発生用のランド部及び密封面の径方向の配置は逆になる。 For example, in the above-described embodiment, a so-called inside type in which a high-pressure sealed fluid exists on the outer peripheral side has been described. However, the present invention can also be applied to a so-called outside type in which high-pressure fluid exists on the inner peripheral side. Of course. In this case, the radial arrangement of the land for generating dynamic pressure and the sealing surface are reversed.
また、例えば、前記実施例では、固定環の摺動面に動圧発生用のランド部、流体連通路及び密封面を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転環の摺動面に動圧発生用のランド部、流体連通路及び密封面を設けてもよい。 Further, for example, in the above-described embodiment, the case where the dynamic pressure generating land portion, the fluid communication path, and the sealing surface are provided on the sliding surface of the stationary ring has been described. However, the present invention is not limited to this. A land portion for generating dynamic pressure, a fluid communication path, and a sealing surface may be provided on the sliding surface.
1 回転軸
2 スリーブ
3 回転環
4 ハウジング
5 固定環
6 コイルドウェーブスプリング
7 ベローズ
10 ランド部
11 密封面
12 流体連通路
12a 径方向の流体連通路
12b 周方向の流体連通路
13 スパイラル溝
14 スパイラル溝
15 ランド部
16 流体連通路
16b 周方向の流体連通路
20 ランド部
21 流体連通路
21a 径方向の流体連通路
21b 周方向の流体連通路
25 ランド部
26a 径方向の流体連通路
26b 周方向の流体連通路
30 ディンプル
32 ポンピング溝
DESCRIPTION OF
16b Circumferential
Claims (7)
他方側の摺動面には、高圧流体側に連通すると共に、低圧流体側とは前記密封面により隔離された流体排出用のスパイラル溝が設けられることを特徴とする摺動部品。 In a sliding component provided with a mechanism for generating dynamic pressure by relative sliding of the sliding surfaces of a pair of sliding components, the sliding surface on one side faces the high-pressure fluid side and generates dynamic pressure. A sealing surface is provided facing the land portion and the low-pressure fluid side, and the land portion and the sealing surface are arranged to be radially separated from each other, and the portion of the sliding surface excluding the land portion and the sealing surface Is formed lower than these surfaces and is configured as a fluid communication path ,
A sliding part, wherein the other sliding surface is provided with a spiral groove for fluid discharge that communicates with the high-pressure fluid side and is isolated from the low-pressure fluid side by the sealing surface .
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